Un ciclocopter ( cyclogyro ) este un design al unei aeronave în care rotoarele rotative sunt utilizate pentru a crea forță și portanță. O astfel de schemă are aceleași avantaje ca un elicopter: posibilitatea decolării verticale, planarea în aer, dar și aceleași dezavantaje. Schema este cunoscută încă de la începutul secolului al XX-lea, însă primele zboruri ale vehiculelor construite după această schemă au fost realizate abia la începutul secolului al XXI-lea [1] . Cyclogyro nu trebuie confundat cu mașinile zburătoare cu aripi cilindrice eșuate care au încercat să exploateze efectul Magnus .
Elicea cicloidă, care este elementul principal al ciclocopterului, seamănă cu o roată cu palete, cu înlocuirea profilelor palelor. Pasul profilelor (unghiul de atac) este stabilit fie colectiv prin intermediul unui inel de control cu tije la toate paletele, care este situat excentric și în raport cu axa rotorului de rotație, fie paletele sunt constant reglate individual. și reglat de sistemul de control. În zborul normal, se generează portanța și tracțiunea înainte. Cu toate acestea, schema vă permite să schimbați împingerea în orice direcție în planul perpendicular pe axa rotorului [2] . O diferență de tracțiune între două rotoare (câte unul pe fiecare parte a fuzelajului) poate fi folosită pentru a învârti aeronava în jurul axei sale verticale, deși de obicei sunt utilizate și cozile de aeronave convenționale [3] .
Schema ciclogiro-ului este destul de simplă și s-a născut din analogia cu roțile cu zbaturi ale vaselor cu aburi.
Primul aparat, denumit uneori ciclogiros, datează din 1909 - acesta este „Avionul” al inginerului militar rus Evgeny Pavlovich Sverchkov, numit uneori „ortopterul cu roți”. Schema dispozitivului poate fi numită un ciclogiro sau un ciclocopter mai degrabă condiționat. Erau trei suprafețe plane și o cârmă verticală , marginea de fugă a uneia dintre suprafețe putând curba, înlocuind liftul modern . Ridicarea și tracțiunea au fost generate de „roți cu zbaturi” formate din 12 lame dispuse în trei grupuri la intervale de 120°. Lamele aveau un profil concav și modificau unghiul de atac cu ajutorul excentricelor și arcurilor astfel încât aerul era aruncat înapoi și în jos, adică s-a creat portanță și împingere. Roțile erau antrenate de o curea de transmisie de la un motor Buchet de 10 CP. Cu. (proiectat de elvețianul Alfred Buchy ), instalat în partea de jos a aparatului. Trenul de aterizare cu trei roți a fost resetat și a servit doar pentru decolarea vehiculului. Cadrul a fost realizat din țevi de oțel cu pereți subțiri și bambus cu șiruri de oțel în interior, strâns - din sarpinka , care a furnizat o masă goală de numai aproximativ 200 de kilograme. Dispozitivul a fost construit pe cheltuiala Direcției Principale de Inginerie din Sankt Petersburg, care mai târziu, din cauza testelor eșuate (mașina nu numai că nu a decolat, dar nici măcar nu s-a clintit), a dus la acuzația de deturnare a inginerului Sverchkov, ceea ce l-a determinat să abandoneze proiectul și să se cufunde în politică. Dispozitivul în sine, însă, în 1909, chiar înainte de teste, a fost demonstrat la Sankt Petersburg la o expoziție cu cele mai recente realizări tehnice și chiar a primit o medalie. Testele, în ciuda nopții, au stârnit un mare interes în rândul publicului, așa că un număr destul de mare de oameni au asistat la rușine. [4] [5]
Mai târziu, în Imperiul Rus au existat mai multe proiecte similare: proiectul lui Alexandru Nikolaevici Lodygin în 1914, pe care l-a propus guvernului și a fost refuzat [4] ; proiectul lui A. K. Medvedev (1914), care a fost refuzat de departamentul de invenții al Comitetului Industrial Militar; proiectul lui A. G. Mikhailov (1916), care a fost recunoscut ca promițător pentru cercetarea științifică, dar nu a fost întruchipat în lemn și metal din cauza războiului în desfășurare [4] [5] .
În același timp, în Franța și Germania se dezvoltau proiecte similare, care nici nu erau brevetate, precum cele rusești, dar din care s-au păstrat cadre de film și desene [4] [5] . [6]
În 1920, un american C. Brooks (din Patonville , Montana ) a construit un dispozitiv similar, dar nici nu l-a brevetat. Potrivit fotografiilor supraviețuitoare ale aparatului fără piele, nici nu a avut nicio șansă să iasă în cer. Mai mult decât atât, forța de ridicare a fost creată prin rotirea a ceva ca o aripă scurtă care se rotește de sus, iar împingerea a fost creată de roțile cu palete [4] [5] .
În 1923, americanul Jonathan Edward Caldwell din Santa Monica , California , a încercat să breveteze un aparat numit Cyclojelly.
Înainte de el, dispozitivele acestei scheme erau numite „rotoplane”, „ortopteri” sau „ornitopteri”. Desenul depus la oficiul de brevete a fost destul de neglijent, dar din el și din descriere se poate înțelege că era o aeronavă obișnuită, totuși, în loc de aripi, avea rotoare cu patru avioane mici. Brevetul a fost primit în 1927. De fapt, întregul proiect a fost o modalitate de a stoarce bani de la sponsori și Gravity Airplane Company exista doar pe hârtie. Inventatorul nu a precizat astfel de puncte tehnice precum unghiurile de atac și schimbarea lor, mai mult decât atât, în momentul în care a primit brevetul, era deja angajat în ornitoptere, iar mai târziu, în anii 1930, a propus un alt proiect de rotoplan. Cu numele de Caldwell este asociată perioada de glorie a proiectelor de astfel de dispozitive în anii 1920 și 1930. [4] [5] .
În 1924, inginerul suedez Strandgren a primit un brevet pentru versiunea sa de avion cu decolare verticală. Apoi a experimentat cu modele în Franța timp de nouă ani și în 1933 a început să construiască un aparat la scară largă. În procesul acestei lucrări, rotoarele au crescut la dimensiuni normale. A făcut o serie de calcule serioase și a ajuns la concluzia că viteza minimă de rotație admisă la care aparatul putea fi ținut în aer era de 270 rpm, iar viteza maximă de rotație era de 420 rpm. El a fost primul care a conturat în mod clar și rezonabil avantajele unei scheme de ciclocopter: decolare și aterizare verticală pe orice suprafață accidentată, viteză excelentă de croazieră (până la 200 km/h), plafon înalt (pentru anii 1920-1930). În 1934, primul exemplar la dimensiune mare a fost construit cu compania Liore et Olivier, cu fonduri de la Societe d'Expansion Franco-Scandinave. Greutatea aparatului era de 600 de kilograme cu palete lungi de 245 cm și un rotor care se rotește cu o viteză de 180 rpm. Motorul de 130 de cai putere a permis mașinii să circule pe sol, dar mașina nu a decolat niciodată în aer [4] [5] .
La începutul anilor 1930, în Statele Unite au apărut încă trei variante de ciclocoptere. În 1930, aparatul Cyclogyro a fost construit în San Francisco , a fost folosit un design numit elice cicloidă . Cu toate acestea, în aer, spre deosebire de apă, o astfel de elice s-a dovedit a fi ineficientă [4] . În același an și în același oraș, a apărut „Cyclogear” de E. A. Schroeder, sau pur și simplu „S-1”. Vehiculul cu un singur loc cu motor Henderson era în esență o aeronavă obișnuită cu aripi înalte, cu rotoare cyclofat în loc de o elice de împingere. Se crede că nasul a fost ridicat în timpul testelor [4] [5] . În 1932, Joseph Sabbat, cu sediul în Philadelphia , a creat un aparat care, conform rapoartelor neverificate, „două roți cu zbaturi elicoidale („roți cu zbaturi din elice”) și un motor de motocicletă au accelerat acest miracol al tehnologiei la aproape 150 de mile pe oră” [ 4] .
În 1933, un anume Haviland Platt din Philadelphia a brevetat Platt's Cyclojere, un rotoplan cu un singur loc. Aripa roții cu zbaturi a fost brevetată în Statele Unite (doar unul dintre multele brevete) și a fost testată în tunelul de vânt MIT în 1927. În esență, aripile-lamele oscilante ale acestei roți au schimbat unghiul de atac de la pozitiv la negativ cu fiecare revoluția, creând portanță și excentricitatea lor controlată ar putea crea teoretic orice combinație de forțe orizontale și verticale. Cu toate acestea, nu există dovezi că acest dispozitiv a zburat vreodată, deși există dovezi că construcția a fost realizată, dar nu a fost finalizată. Aparatul s-a bazat pe experimentele profesorului german Adolf Rohrbach ( vezi mai jos ) și este în mare parte un plagiat al lucrării sale. Platt a devenit mai târziu celebru în industria elicopterelor [4] [5] . În cadrul cercetărilor care au fost efectuate la NACA pe proiectul Platt, a fost realizată o schiță a unui aparat cu o greutate la decolare de 1360 kg și un motor de 300 CP. s., precum și rata de urcare se calculează - 210 m / min cu urcare verticală și 460 m / min la zbor înainte; ultima cifră este cu aproximativ 30% mai mult decât poate arăta o aeronavă cu aceeași sarcină de putere [4] .
În Laboratorul Langley din Washington în 1933, John B. Whitley a efectuat o analiză aerodinamică simplificată a ciclogiro-ului, mai precis a verificat teoretic principiile aerodinamice și a efectuat calcule numerice ale unui exemplu de rotor (un rotor cu patru pale, o rază de 1,8 metri). , a fost luată o anvergură a lamei de 7,3 m, o coardă de 144 mm și o viteză periferică de 91 m/s) și un exemplu de ciclogiro cu două rotoare similare (greutate la decolare 1362 kg cu un motor de 300 CP). În timpul analizei, schema s-a dovedit a fi funcțională, în timp ce zborul suspendat, urcarea verticală și zborul în plan la o viteză rezonabilă sunt fezabile cu o putere a motorului nu excesiv de mare. S-a descoperit că ciclogiro-ul este capabil de autorotație în timpul zborului planant [4] .
În 1935, John B. Whitley și Ray Windler au început să sufle un rotor ciclogiro (4 pale, deschidere și diametru - 2,4 m fiecare, coardă - 95 mm) într-un tunel de vânt NACA de 6 metri . În urma lucrărilor s-au tras următoarele concluzii:
În Germania a fost dezvoltată și această idee originală. În 1933, profesorul Adolf Rohrbach a proiectat un ciclogiro de design propriu, cu rotoare cu trei pale lungi de 4,4 m. Un aparat cu o greutate maximă la decolare de 950 kg ar putea teoretic să se ridice la o înălțime de 4500 m și să zboare cu o viteză de 200 m. km/h pe distante de pana la 400 km. Decolare verticală, manevrabilitate ridicată - totul a vorbit în favoarea dezvoltării lui Rohrbach. Inginerul și-a propus proiectul Luftwaffe -ului în curs de dezvoltare , dar a fost refuzat [5] , conform altor surse, lucrările erau încă efectuate în 1934 [4] . Cu toate acestea, și-a publicat pe scară largă realizările în reviste de specialitate, unde Platt le-a văzut. [7] [8]
Caracteristici de proiectare:
Mulți ani mai târziu, NASA a ridicat brevetul lui Rohrbach (care până atunci murise de mult și deja în America) și a efectuat calcule suplimentare folosind computere moderne. Rohrbach nu s-a înșelat nicăieri. În acest sens, NASA a luat în considerare cu seriozitate proiectul de dezvoltare a unui rotoplan, dar, ca întotdeauna, nu au fost suficiente fonduri. [5]
Elicea cicloidă a fost brevetată de profesorul Kirsten chiar la începutul anilor 1920. El a fost susținut activ de William Boeing . Testul a început cu o elice de apă, unde ideea a funcționat bine, dar din cauza dificultăților de implementare, Kirsten a vândut brevetele companiei germane Voit-Schneider. Pentru studiul suplimentar al versiunii aeriene a elicei, a fost necesar un tunel de vânt de dimensiuni suficiente. Erau foarte puțini în SUA la acea vreme, iar profesorul Kirsten a sugerat ca Universitatea din Washington să-și construiască propria conductă mare (2,4 pe 3,6 m). După ce țeava a fost construită în 1936, a fost atât de ocupată încât Kirsten a putut să-și testeze propriul model abia în 1942. Aceste experimente au arătat inconsecvența ideii sale [4] .
În 1935, un anume Ran din New York a construit un aparat experimental cu un singur loc, cu aripi rotative și un motor forțat Wright-Whirlwind de 240 de cai putere. Se presupunea că două aripi de 6 picioare pe fiecare parte ar trebui să facă nava să se ridice și să coboare pe verticală sau să zboare orizontal fără ajutorul unei elice convenționale la viteze de până la 100 de mile pe oră, dar nu există dovezi că ambarcațiunea de 15 picioare a reușit. a decola deloc [4 ] .
În același 1935, una dintre revistele americane a publicat o schemă destul de detaliată a ciclogiro-ului, foarte asemănătoare cu proiectul german al profesorului Rohrbach [4] .
În 1937, Caldwell a revenit din nou la subiect, deschizând proiectul Cyclozhir AVVP și a început să construiască un nou prototip. „A fost un alt AVVP neplauzibil, inspirat de mașinile zburătoare fantastice care au îmbrăcat coperțile revistelor precum Popular Science în anii 1930”. De data aceasta, osiile celor două roți lungi cu palete cu trei pale de pe părțile laterale ale fuzelajului convențional erau paralele cu acesta. s-a presupus că motorul radial de 125 de litri. s. va putea crea o portare suficientă. Unul dintre angajații lui Caldwell a susținut mai târziu că aparatul a făcut într-adevăr „sărituri” reușite la o înălțime de aproximativ șase picioare [4] .
În 1966, proiectul original al unui vehicul de pasageri care decolează pe verticală al inventatorului german Reinhold Kalletsch a fost publicat în revista Science and Life. Când este parcată pe sol, această mașină trebuie să se sprijine pe trenul de aterizare telescopic de cinci metri. Principiul ciclogiro este folosit aici pentru decolarea verticală. Axa rotorului de aici era fuselajul în sine, în jurul căruia se învârteau trei spițe de tijă cu ajutorul duzelor cu jet, la capetele cărora erau articulate plăci-aripi în formă de elipsoid. Un dispozitiv similar, dar deja mai mic, urma să fie instalat pe coada fuzelajului. În timpul rotației „elicelor”, un dispozitiv special trebuia să controleze poziția plăcilor aripioare în așa fel încât acestea să fie întotdeauna la un anumit unghi de atac față de fluxul care se apropie și să creeze portanța necesară. După atingerea înălțimii necesare, trebuia să oprească rotația și să folosească plăcile, la fel ca aripile pentru zborul orizontal [4] .
În 1975 în Franța (brevet francez nr. 75.01907), iar în 1976-1977 în Statele Unite (brevet american 4048947), a fost brevetată o turbină eoliană rotativă bazată pe principiul cyclofat. Aici, modificarea unghiului de atac are loc automat sub influența vântului însuși din cauza deplasării centrului de greutate (cu toate acestea, este prevăzută și utilizarea plăcilor flexibile pentru a crea un profil asimetric, iar utilizarea arcurilor este de asemenea posibil). Cu toate acestea, această frumoasă soluție, din păcate, este nepotrivită pentru crearea unei aeronave [4] .
În această perioadă, au fost brevetate o serie de modele ciclo-grase foarte originale, dar nu au fost niciodată încorporate în metal.
Proiect de Marcel ChabonnetÎn anii 1976-1980, Marcel Chabonnet a brevetat rotoare de tracțiune (brevet francez nr. 76.39820, 1976; brevet american nr. 4210299, 1977-1980). Folosit doua lame. Sunt oferite două opțiuni. În primul caz, modificarea unghiului de atac setat este „automată” - lamele atârnă liber între limitatoare sub acțiunea forțelor aerodinamice și/sau centrifuge. Când lama se mișcă în jos, se creează o forță de ridicare, când se deplasează în sus, se creează o forță de împingere. În același timp, în partea inferioară a ciclului, unghiul de instalare se modifică brusc, cu o lovitură. Prin urmare, limitatoarele, conform intenției autorului, ar trebui să fie elastice. ( vezi mai sus brevetul turbinei eoliene ). În al doilea caz, unghiul de atac este controlat „prin software”, folosind came profilate. Ar trebui să aibă seturi diferite de came pentru diferite moduri de zbor (decolare, urcare, croazieră, coborâre, aterizare). Stilul mecanicii amintește oarecum de mecanismul de unitate de bandă al unui magnetofon din anii 60. Și încă un detaliu important: stabilizatorul, dacă există, ar trebui să fie deplasat înainte, astfel încât să nu intre în fluxul de aer de la rotoare [4] [5] .
Proiect de Thomas SharpeAmericanul Thomas Sharp a brevetat în perioada 1977-1980 (brevet SUA nr. 4194707) un dispozitiv pentru decolarea și aterizarea verticală a unei aeronave. Rotoarele cyclofat cu rază mică sunt acoperite cu carcase, plasate în aripă și utilizate ca ventilatoare convenționale. Controlul unghiului de reglare ciclic - mecanic, excentric. În zbor la nivel, rotoarele sunt deconectate de la motor, iar tracțiunea orizontală este creată de o elice convențională de împingere cu pas variabil. Echilibrarea longitudinală este asigurată de liftul situat în jetul elicei. Elevatorul are o clapetă suplimentară pentru tracțiune inversă. Cea de-a doua versiune a dispozitivului este concepută pentru aeronave mai rapide care folosesc motoare turboreactor și două perechi de prize de aer (sus și lateral). Transmisia de la motorul turboreactor la rotoarele cyclofat este hidraulică. În zbor la nivel, obloanele prizelor de aer superioare și clapetele de evacuare ale ventilatoarelor sunt închise. Este prevăzut un control suplimentar al hoverului - cârme cu reacție pe aripi și chilă, folosind aer comprimat de la compresoare cu turboreacție. În caz contrar, această opțiune este similară cu prima. Nici prima, nici cea de-a doua versiune nu utilizează principalul avantaj al ciclogiro-ului — posibilitatea controlului aproape inerțial al vectorului de tracțiune în intervalul de 360° [4] [5] .
Proiect de Arthur CrimminsAmericanul Arthur Crimmins a brevetat în 1980-1984 (brevetul SUA nr. 4482110) un design foarte original al unei macarale zburătoare - o navă ciclogiro. în acest caz, greutatea proprie a aparatului este echilibrată de forța de ridicare a balonului, iar greutatea încărcăturii este echilibrată de forța de ridicare a aripilor cicloide. Axa rotorului ciclo-gras este axa aeronavei, în jurul căreia aripile și unitățile de elice se rotesc pe stâlpi rotativi (care joacă și rolul de pale de elice). Dispozitivul poate lua configurația unui dirijabil „clasic”, un ciclogiro „clasic” și tot ce se află între ele. Datorită acestui fapt, nu există restricții privind orientarea vectorului de tracțiune - o proprietate foarte necesară pentru o macara zburătoare. Dimensiunile mari ale structurii, caracteristice baloanelor, vor permite rotorului să fie accelerat la o viteză circumferențială destul de mare cu sarcini centrifuge moderate, ceea ce reduce impactul unui număr de dezavantaje ale ciclozhirilor clasici [4] [5] .
Proiect de Heinz GerhardtAmericanul Heinz Gerhardt a brevetat în 1992-1993 (brevetul SUA nr. 5265827) o nouă aeronavă cu roți cu zbaturi, care este un ciclogiro obișnuit conform designului aerodinamic. Echilibrarea longitudinală este asigurată fie de o elice verticală pe chilă, fie de o a doua pereche de rotoare cyclofat. O caracteristică a aparatului este absența cinematicii pentru controlul unghiului de reglare ciclică a lamelor. În schimb, pe fiecare lamă este instalat un cilindru hidraulic, controlat constant de un computer conform unei legi alese. În acest fel, se presupune că se realizează un flux optim în jurul fiecărei pale în toate modurile de zbor. Proiectul nu a fost implementat [4] [5] .
Ideea a revenit din nou în acest secol. Universitatea Națională din Seul (Coreea de Sud), Universitatea Națională din Singapore, grupul Bosch Aerospace și alte câteva organizații au preluat ideea. Primul model a decolat de la sol în 2007 [5] . După aceea, au apărut o serie de modele diferite, dar dispozitivul de dimensiune completă nu a ajuns încă. Există și o opțiune non-standard - 4 rotoare dispuse sub formă de cruce [9] .
În august 2020, la forumul Army-2020 , Advanced Research Foundation a prezentat un demonstrator de zbor al primului ciclon din Rusia, Ciclonul, cu o greutate de 60 kg [10] [11] [12] .
În aprilie 2021, Fundația Rusă pentru Studii Avansate a început construirea unei mașini zburătoare ciclice inovatoare numită Cyclocar, care va putea transporta până la șase pasageri în același timp [13] .
În general, proiectele Fanwing și Propulsive wing reprezintă dezvoltarea ideilor ciclogiro-ului, deoarece folosesc o elice cicloidală ca ventilator. Modelele zboară, depinde de un dispozitiv de dimensiune completă. Schema prezinta o serie de dezavantaje: rezistenta mare si imposibilitatea planificarii in cazul defectarii rotorului [4] [5] [14] .
| Avioane | |
|---|---|
| Planificatori | |
| Cu aripi rotative | |
| Aerostatic | |
| Aerodinamic | |
| Dinamica rachetei | |
| Alte | |